權利要求書： 1.一種超重力豎向振動臺，其特征在于：包括基礎底板（1）和安裝在基礎底板（1）上的振動臺面（2）、帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)（4）、臺面導向系統(tǒng)（5）和蓄能器（3）；所述臺面導向系統(tǒng)（5）包括套筒底座、臺面導向軸（14）、臺面導向軸軸承（15），振動臺面（2）的底部固定設有臺面導向軸（14），臺面導向軸（14）通過臺面導向軸軸承（15）套裝在套筒底座上，套筒底座底部固定于基礎底板（1）上；

所述蓄能器（3）包括置于振動臺面（2）上的向上預緊力蓄能器（10）、向下預緊力蓄能器（11）、動態(tài)作動缸回油蓄能器（12）、動態(tài)作動缸供油蓄能器（13）；

所述帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)（4）包括分別上下同軸布置的豎向動態(tài)伺服作動器（6）、豎向靜力預緊作動器（7），所述豎向動態(tài)伺服作動器（6）包含動態(tài)作動器套筒，所述豎向靜力預緊作動器（7）包含靜力作動器套筒，靜力作動器套筒下端固定于振動臺面（2）上，動態(tài)作動器套筒下端同軸固定套裝在靜力作動器套筒上端上，靜力作動器套筒和動態(tài)作動器套筒內(nèi)安裝有作動桿（9），作動桿（9）上端和振動臺面（2）底面中心頂接；

作動桿（9）外周沿軸向從上到下設有三個凸緣，三個凸緣從上到下分別為上凸緣（24）、中凸緣（25）和下凸緣（26），上凸緣（24）外周通過上密封圈（19）密封套裝連接于動態(tài)作動器套筒的內(nèi)壁，中凸緣（25）外周通過上腔密封圈（20）密封套裝連接于動態(tài)作動器套筒的內(nèi)壁，下凸緣（26）外周通過下密封圈（22）密封套裝連接于靜力作動器套筒的內(nèi)壁，中凸緣（25）和下凸緣（26）之間的靜力作動器套筒設有內(nèi)凸緣，內(nèi)凸緣的內(nèi)壁和作動桿（9）外周之間通過隔離密封圈（21）密封套裝連接；上凸緣（24）和中凸緣（25）之間的作動桿（9）外周和動態(tài)作動器套筒內(nèi)壁之間具有動態(tài)上環(huán)形腔室，中凸緣（25）和下凸緣（26）之間的作動桿（9）外周與動態(tài)作動器套筒和靜力作動器套筒的內(nèi)壁之間具有中部環(huán)形腔室，中部環(huán)形腔室被隔離密封圈（21）分隔為位于上方的動態(tài)下環(huán)形腔室和位于下方的靜力上環(huán)形腔室，下凸緣（26）下方的作動桿（9）外周和靜力作動器套筒的內(nèi)壁之間具有靜力下圓形腔室；動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室分別經(jīng)各自的豎向作動力液壓接口通道（18）和動態(tài)液壓伺服閥（17）連接，動態(tài)液壓伺服閥（17）連接到動態(tài)作動缸回油蓄能器（12）和動態(tài)作動缸供油蓄能器（13）；靜力上環(huán)形腔室經(jīng)向下預緊力液壓接口通道（27）和上靜力伺服閥（30）連接，上靜力伺服閥（30）連接到向下預緊力蓄能器（11）；靜力下圓形腔室經(jīng)向上預緊力液壓接口通道（28）和下靜力伺服閥（23）連接，下靜力伺服閥（23）連接到向上預緊力蓄能器（10）。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種超重力豎向振動臺，其特征在于：所述的動態(tài)作動器套筒的上端面安裝有作動缸上墊（29）。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種超重力豎向振動臺，其特征在于：通過動態(tài)液壓伺服閥（17）的控制，調整動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室從動態(tài)作動缸回油蓄能器（12）和動態(tài)作動缸供油蓄能器（13）進油和出油，使得動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室內(nèi)的油壓施加到中凸緣（25）的兩側環(huán)形臺階面上，帶動作動桿（9）作動；

分別通過動態(tài)液壓伺服閥（17）的控制，調整靜力上環(huán)形腔室從向下預緊力蓄能器（11）進出油，以及靜力下圓形腔室從向上預緊力蓄能器（10）進出油，使得靜力上環(huán)形腔室和靜力下圓形腔室內(nèi)的油壓施加到下凸緣（26）的兩側環(huán)形臺階面上，帶動作動桿（9）作動。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種超重力豎向振動臺，其特征在于：所述基礎底板（1）開設有用于與超重力離心機吊籃底板連接的螺孔，使得基礎底板（1）安裝在超重力離心機的吊籃中。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種超重力豎向振動臺，其特征在于：所述的作動桿（9）端部均安裝靜壓支撐軸承。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種超重力豎向振動臺，其特征在于：所述蓄能器（3）包括三個向上預緊力蓄能器（10）、一個向下預緊力蓄能器（11）、一個動態(tài)作動缸回油蓄能器（12）和一個動態(tài)作動缸供油蓄能器（13）。

7.權利要求1所述的一種超重力豎向振動臺的應用，其特征在于：所述的超重力豎向振動臺用于超重力離心機中沿離心力方向的振動。

說明書： 一種超重力豎向振動臺技術領域[0001] 本發(fā)明屬于離心機超重力實驗領域的一種超重力模擬振動裝置，尤其是涉及了一種超重力豎向振動臺。

背景技術[0002] 土工建構筑物(高壩、高陡邊坡、軟弱地基、地鐵車站、隧道、地下綜合管廊、城市建筑群、核電站等)的抗震性能模擬是非常重要的一種土工物理模擬試驗。為減少震害、研究

土工建構筑物的抗震性能，通常會采用振動臺來進行振動臺試驗，也就是將縮小尺寸的土

工建構筑物模型放置在振動臺上，然后輸入一定的振動波形，觀測該振動工況下土工建構

筑物的地震響應，從而反推真實土工建構筑物的抗震性能。振動臺試驗分為常重力和超重

力兩種，也就是分為1g振動臺試驗和超重力離心機振動臺試驗。其中，1g表示常重力。

[0003] 1g振動臺因為更多的注意了面積而不是深度就存在比較大的缺陷，土體自重應力不正確，因而不能真實反映場地在地震動下的響應問題，隧道、核電站、高壩等的真實抗震

特性也無法反映出來。常重力振動臺通常是大型振動臺(振動臺臺面尺寸比較大)，不使用

離心機。

[0004] 超重力離心機試驗是通過離心機進行的一種模擬試驗，將縮小尺寸的土工模型置于高速旋轉的離心機中，讓模型承受大于重力加速度的作用，補償因模型縮尺帶來的土工

構筑物的自重損失?；陔x心機提供的超重力場環(huán)境，振動臺模型試驗可以產(chǎn)生與原型相

同的自重應力，真實反應原型在自然條件下的動力響應，再現(xiàn)地震作用下的土工結構變形

與破壞機理。利用超重力的縮尺縮時效應，在離心機上搭載振動臺可以模擬大尺度場地的

動力響應，超重力動力實驗研究將巖土地震工程推向新高峰。超重力離心試驗所具備的優(yōu)

點是：可正確模擬巖土體應力隨深度的變化；可實現(xiàn)土的選擇、應力歷史的設計、加載系統(tǒng)

可控；費用和時間相對較?。豢蓪崟r觀測變形和破壞機理。目前，利用超重力單向振動臺已

經(jīng)獲取了水平單向剪切波在自由場地、傾斜場地和邊坡中的放大規(guī)律，以及堤壩、邊坡、擋

土墻、樁基礎等土工構筑物和場地的單向水平地震災變機理。

[0005] 但是，當前國際上超重力下的振動臺只涉及水平向振動，而豎向振動臺只在常重力下涉及。而近年來的大地震都觀測到地震動具有顯著的多向性，比如2008年汶川地震中

什邡八角臺站記錄到顯著的多向地震動，2008年日本Iwate地震中IWTH25地表臺站記錄的

豎向加速度分量達3.8g，遠超過水平加速度的峰值，由多向地震動產(chǎn)生的災害效應非常突

出：汶川地震中產(chǎn)生了嚴重的拋射型滑坡、神戶地震中多向振動產(chǎn)生復雜的土?結相互作用

引起大開車站柱子壓屈破壞、基督城地震中豎向地震動的頻率接近場地基頻引起場地產(chǎn)生

大量的液化。對于豎向地震動演變規(guī)律和巖土體致災效應的研究目前在理論和數(shù)值方面均

取得顯著成果，但是尚未在物理模型試驗中進行驗證。

[0006] 在常重力條件下，豎向振動臺只需要平衡模型本身在常重力環(huán)境下的自重應力，且在施振過程中振動臺豎向需要提供的平衡力變化不大，因而常重力豎向振動臺可以在豎

向采用與水平向相同的驅動方式，因此常重力豎向振動臺的液壓控制和結構設計難度相對

較小。但從常重力裝置向超重力裝置過渡會產(chǎn)生如下問題：

[0007] (1)離心機運行時，水平方向上可動質量往返運動受力狀態(tài)完全相同，故液壓缸的輸出力對稱，且全部用于提供可動質量加速度；但在豎直方向，可動質量受到數(shù)十倍于自重

的超重力離心力作用，導致可動質量往返運動受力狀況不一致。若豎直方向采用與水平方

向相同驅動方式，則液壓缸活塞桿受力狀況不對稱且需要提供額外用于抵消離心力的輸出

力。為抵消離心機產(chǎn)生的離心力，需要大幅度增加液壓缸的輸出力。在供油壓力不變的情況

下，只能通過增大液壓缸活塞面積來提高輸出力。液壓缸流量需求與活塞面積成正比，活塞

面積越大，所需伺服閥供油流量越大，而伺服閥的頻響特性與流量特性成負相關，進而導致

系統(tǒng)高頻性能越差。

[0008] (2)在離心機轉機或者停機過程中模型豎向方向的g值發(fā)生變化，如何在離心機不同運行狀態(tài)動態(tài)反饋和調節(jié)豎向平衡力也是極為關鍵?？蓜淤|量在遠離吊籃的方向上，靠

動態(tài)缸的推力運動；在回程方向上，靜力缸的夾緊力保證可動質量與動態(tài)缸不分離，可動質

量能完全跟隨動態(tài)缸活塞運動。在離心機轉速較低時，可動質量的離心加速度小，不足以提

供返程所需壓緊力時，振動臺面便會與液壓缸分離，無法跟隨其振動，運動失效。國內(nèi)外已

研制的三臺水平?豎向振動臺中有兩臺因未采取超重力平衡措施，導致豎向地震動加載難

以實現(xiàn)；另一臺采用靜力支撐缸和動態(tài)激振器聯(lián)合工作模式，但由于支撐缸動態(tài)剛度較大，

導致高頻振動過程中超重力動態(tài)平衡效果差，地震動模擬控制效果不理想。高頻振動過程

中超重力動態(tài)平衡技術是超重力豎向地震動模擬的關鍵技術。

發(fā)明內(nèi)容[0009] 為了解決背景技術中存在的問題，本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供了一種超重力場豎向地震模擬振動臺。

[0010] 本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的：[0011] 本發(fā)明包括基礎底板和安裝在基礎底板上的振動臺面、帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)、臺面導向系統(tǒng)和蓄能器；所述臺面導向系統(tǒng)包括套筒底座、臺面導向軸、臺面導向

軸軸承，振動臺面的底部固定設有臺面導向軸，臺面導向軸通過臺面導向軸軸承套裝在套

筒底座，套筒底座底部固定于基礎底板上。

[0012] 所述蓄能器包括置于振動臺面上的向上預緊力蓄能器、向下預緊力蓄能器、動態(tài)作動缸回油蓄能器、動態(tài)作動缸供油蓄能器。

[0013] 所述帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)包括分別上下同軸布置的豎向動態(tài)伺服作動器、豎向靜力預緊作動器，所述豎向動態(tài)伺服作動器包含動態(tài)作動器套筒，所述豎向靜力

預緊作動器包含靜力作動器套筒，靜力作動器套筒下端固定于振動臺面上，動態(tài)作動器套

筒下端同軸固定套裝在靜力作動器套筒上端上，靜力作動器套筒和動態(tài)作動器套筒內(nèi)安裝

有作動桿，作動桿上端和振動臺面底面中心頂接。

[0014] 作動桿外周沿軸向上下設有三個凸緣，三個凸緣從上到下分別為上凸緣、中凸緣和下凸緣，上凸緣外周通過上密封圈密封套裝連接于動態(tài)作動器套筒的內(nèi)壁，中凸緣外周

通過上腔密封圈密封套裝連接于動態(tài)作動器套筒的內(nèi)壁，下凸緣外周通過下密封圈密封套

裝連接于靜力作動器套筒的內(nèi)壁，中凸緣和下凸緣之間的靜力作動器套筒設有內(nèi)凸緣，內(nèi)

凸緣的內(nèi)壁和作動桿外周之間通過隔離密封圈密封套裝連接；上凸緣和中凸緣之間的作動

桿外周和動態(tài)作動器套筒內(nèi)壁之間具有態(tài)上環(huán)形腔室，中凸緣和下凸緣之間的作動桿外周

與動態(tài)作動器套筒和靜力作動器套筒的內(nèi)壁之間具有中部環(huán)形腔室，中部環(huán)形腔室被隔離

密封圈分隔為位于上方的動態(tài)下環(huán)形腔室和位于下方的靜力上環(huán)形腔室，下凸緣下方的作

動桿外周和靜力作動器套筒的內(nèi)壁之間具有靜力下圓形腔室；動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)

形腔室分別經(jīng)各自的豎向作動力液壓接口通道和動態(tài)液壓伺服閥連接，動態(tài)液壓伺服閥連

接到動態(tài)作動缸回油蓄能器和動態(tài)作動缸供油蓄能器；靜力上環(huán)形腔室經(jīng)向下預緊力液壓

接口通道和上靜力伺服閥連接，上靜力伺服閥連接到向下預緊力蓄能器；靜力下圓形腔室

經(jīng)上預緊力液壓接口通道和下靜力伺服閥連接，下靜力伺服閥連接到向上預緊力蓄能器。

[0015] 所述的動態(tài)作動器套筒的上端面安裝有作動缸上墊。[0016] 通過動態(tài)液壓伺服閥的控制，調整動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室從動態(tài)作動缸回油蓄能器和動態(tài)作動缸供油蓄能器進油和出油，使得動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔

室內(nèi)的油壓施加到中凸緣的兩側環(huán)形臺階面上，帶動作動桿作動；

[0017] 分別通過動態(tài)液壓伺服閥的控制，調整靜力上環(huán)形腔室從向下預緊力蓄能器進出油，以及靜力下圓形腔室從向上預緊力蓄能器進出油，使得靜力上環(huán)形腔室和靜力下圓形

腔室內(nèi)的油壓施加到下凸緣的兩側環(huán)形臺階面上，帶動作動桿作動。

[0018] 所述基礎底板開設有用于與超重力離心機吊籃底板連接的螺孔，使得基礎底板安裝在超重力離心機的吊籃中。

[0019] 所述的作動器端部均安裝靜壓支撐軸承。[0020] 向上預緊力蓄能器、向下預緊力蓄能器、動態(tài)作動缸回油蓄能器、動態(tài)作動缸供油蓄能器置于振動臺面周圍的振動臺面上。

[0021] 所述蓄能器包括三個向上預緊力蓄能器、一個向下預緊力蓄能器、一個動態(tài)作動缸回油蓄能器和一個動態(tài)作動缸供油蓄能器。

[0022] 所述的超重力豎向振動臺用于超重力離心機中沿離心力方向的振動。[0023] 本發(fā)明的有益效果在于：[0024] 本發(fā)明的裝置在超重力環(huán)境中采用柔性動態(tài)平衡技術實現(xiàn)豎向激振，能在模擬尺度下再現(xiàn)豎向地震作用下的場地與地基響應與災害效應，為國家防震減災重大科技任務開

展、重大工程新技術研發(fā)和驗證提供先進的實驗平臺和基礎條件支撐。

[0025] 本發(fā)明通過柔性動態(tài)平衡將帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)分離為靜力部分和動態(tài)部分，以能夠采用最小的作動器和伺服閥進行豎向激振。通過豎向靜力預緊作動器平

衡超重力，動態(tài)作動缸實現(xiàn)豎向激振，極大降低了超重力方向的振動激勵難度，保證離心機

在任何轉速下，液壓伺服閥都保持在其零位附近，提高了超重力豎向地震動模擬的控制精

度。

[0026] 本發(fā)明采用了一種由蓄能器直接供油的向下預緊力下拉方案，在離心機轉速較低時，可動質量的離心加速度較小，難以精確平衡可動質量的離心力，采用一種由向下靜力預

緊蓄能器11直接向靜力下圓形腔室施加油壓，以提供向下預緊力，保證離心機在任何轉速

下，可動質量的離心力與向上預緊力和向下預緊力達到平衡，從而使動態(tài)液壓伺服閥都保

持在零位附近。且本發(fā)明激振系統(tǒng)和臺面導向系統(tǒng)采用對稱布置，蓄能器根據(jù)重量合理布

置，使重心位于振動臺中部，以解決安裝振動臺后，吊籃整體的偏心問題，避免給離心機轉

臂帶來附加彎矩。

附圖說明[0027] 圖1是本發(fā)明裝置的正面示意圖；[0028] 圖2是本發(fā)明裝置的側面示意圖；[0029] 圖3是本發(fā)明裝置的平面示意圖；[0030] 圖4是本發(fā)明裝置的臺面導向系統(tǒng)示意圖；[0031] 圖5是本發(fā)明裝置的帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)示意圖；[0032] 圖中：1?基礎底板，2?振動臺面，3?蓄能器，4?帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)，5?臺面導向系統(tǒng)，6?豎向動態(tài)伺服作動器，7?豎向靜力預緊作動器，9?作動桿，10?向上預緊力

蓄能器，11?向下預緊力蓄能器，12?動態(tài)作動缸回油蓄能器，13?動態(tài)作動缸供油蓄能器，

14?臺面導向軸，15?臺面導向軸軸承，16?導向軸下墊，17?動態(tài)液壓伺服閥，18?豎向作動力

液壓接口通道，19?上密封圈，20?上腔密封圈，21?隔離密封圈，22?下密封圈，23?下靜力伺

服閥，24?上凸緣，25?中凸緣，26?下凸緣，27?向下預緊力液壓接口通道，28?向上預緊力液

壓接口通道，29?作動缸上墊，30?上靜力伺服閥，31?動力環(huán)形腔室，32?靜力上環(huán)形腔室，?

33靜力下圓形腔室。

具體實施方式[0033] 下面結合附圖和具體實施對本發(fā)明作進一步說明。[0034] 如圖1和圖2所示，具體實施的結構包括基礎底板和安裝在基礎底板上的振動臺面、帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)、臺面導向系統(tǒng)和蓄能器；振動臺面頂面為平面，振動

臺面用于連接試驗件與激振系統(tǒng)，其功能主要是將振動臺的激振力可靠地傳遞給試驗件，

同時要適合多種不同試驗件的安裝和固定。具體實施中，基礎底板開設有用于與超重力離

心機吊籃底板連接的螺孔，使得基礎底板安裝在超重力離心機的吊籃中。

[0035] 如圖4所示，臺面導向系統(tǒng)安裝于基礎底板與振動臺面之間并與基礎底板與振動臺面固定連接，主要作用為平衡臺面和方向導向。臺面導向系統(tǒng)包括套筒底座、臺面導向

軸、臺面導向軸軸承和導向軸下墊，振動臺面的底部四角固定設有豎直布置的臺面導向軸，

臺面導向軸通過臺面導向軸軸承套裝在套筒底座，套筒底座底部固定于基礎底板上，臺面

導向軸軸承和套筒底座內(nèi)底部之間連接有導向軸下墊進行支撐。

[0036] 激振系統(tǒng)和臺面導向系統(tǒng)采用對稱布置，蓄能器根據(jù)重量合理布置，使重心位于振動臺中部，以解決安裝振動臺后，吊籃整體的偏心問題，避免給離心機轉臂帶來附加彎

矩。

[0037] 作為優(yōu)選，振動臺面采用高強度合金焊接結構，通過優(yōu)化臺面的肋板布局及聯(lián)接部位的局部剛度等手段提高臺面的靜剛度，達到臺面輕量化高剛度的目的，以減輕作動器

的負載同時能夠承受大負載力。

[0038] 如圖3所示，蓄能器包括置于振動臺面上的向上預緊力蓄能器、向下預緊力蓄能器、動態(tài)作動缸回油蓄能器、動態(tài)作動缸供油蓄能器；

[0039] 向上預緊力蓄能器、向下預緊力蓄能器、動態(tài)作動缸回油蓄能器、動態(tài)作動缸供油蓄能器置于振動臺面周圍的振動臺面上。

[0040] 蓄能器具體實施包括三個向上預緊力蓄能器、一個向下預緊力蓄能器、一個動態(tài)作動缸回油蓄能器和一個動態(tài)作動缸供油蓄能器。

[0041] 如圖5所示，帶預載的豎向電液伺服激振系統(tǒng)包括分別上下同軸布置的豎向動態(tài)伺服作動器、豎向靜力預緊作動器，兩作動器共用一套剛體和作動桿；豎向動態(tài)伺服作動器

包含動態(tài)作動器套筒，豎向靜力預緊作動器包含靜力作動器套筒，靜力作動器套筒下端固

定于振動臺面上，動態(tài)作動器套筒下端同軸固定套裝在靜力作動器套筒上端上，靜力作動

器套筒和動態(tài)作動器套筒內(nèi)安裝有作動桿，作動器端部均安裝靜壓支撐軸承，作動桿上部

套裝在動態(tài)作動器套筒內(nèi)，作動桿下部套裝在靜力作動器套筒內(nèi)，作動桿上端和振動臺面

底面中心頂接；

[0042] 作動桿外周沿軸向上下設有間隔布置的三個凸緣，三個凸緣從上到下分別為上凸緣、中凸緣和下凸緣，上凸緣外周通過上密封圈密封套裝連接于動態(tài)作動器套筒的內(nèi)壁，中

凸緣外周通過上腔密封圈密封套裝連接于動態(tài)作動器套筒的內(nèi)壁，下凸緣外周通過下密封

圈密封套裝連接于靜力作動器套筒的內(nèi)壁，中凸緣和下凸緣之間的靜力作動器套筒設有內(nèi)

凸緣，內(nèi)凸緣的內(nèi)壁和作動桿外周之間通過隔離密封圈密封套裝連接；上凸緣和中凸緣之

間的作動桿外周和動態(tài)作動器套筒內(nèi)壁之間具有環(huán)形間隙形成動態(tài)上環(huán)形腔室，中凸緣和

下凸緣之間的作動桿外周與動態(tài)作動器套筒和靜力作動器套筒的內(nèi)壁之間具有環(huán)形間隙

形成中部環(huán)形腔室，中部環(huán)形腔室被柔性的隔離密封圈分隔為位于上方的動態(tài)下環(huán)形腔室

和位于下方的靜力上環(huán)形腔室，下凸緣下方的作動桿外周和靜力作動器套筒的內(nèi)壁之間具

有環(huán)形間隙形成靜力下圓形腔室；動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室分別經(jīng)開設在動態(tài)作

動器套筒內(nèi)部的各自的豎向作動力液壓接口通道和動態(tài)液壓伺服閥連接，動態(tài)液壓伺服閥

連接到動態(tài)作動缸回油蓄能器和動態(tài)作動缸供油蓄能器；靜力上環(huán)形腔室經(jīng)開設在靜力作

動器套筒內(nèi)部的向下預緊力液壓接口通道和上靜力伺服閥連接，上靜力伺服閥連接到向下

預緊力蓄能器；靜力下圓形腔室經(jīng)開設在靜力作動器套筒內(nèi)部的上預緊力液壓接口通道和

下靜力伺服閥連接，下靜力伺服閥連接到向上預緊力蓄能器。

[0043] 豎向動態(tài)伺服作動器用于高頻動態(tài)作動，豎向靜力預緊作動器用于靜止大承載作動。

[0044] 動態(tài)作動器套筒的上端面安裝有作動缸上墊，作動缸上墊用于輔助緩沖承載作動桿上端和振動臺面底面之間作用力。

[0045] 具體實施中，上凸緣和下凸緣自身均設置有外凸的凸緣作為活塞環(huán)，以增加作動桿的有效活塞面積。

[0046] 豎向靜力預緊作動器的油是由蓄能器提供的，向下預緊力液壓接口通道和向上預緊力液壓接口通道通過外部的伺服閥用軟管分別與向上預緊力蓄能器和向下預緊力蓄能

器連接。豎向做動力液壓接口通道通過動態(tài)液壓伺服閥用軟管與動態(tài)作動缸回油蓄能器及

動態(tài)作動缸供油蓄能器連接，動態(tài)液壓伺服閥通過控制流向作動器的流量來控制豎向動態(tài)

作動缸的運動。

[0047] 豎向靜力預緊作動器的液壓供油連接多個大容量的向上預緊力蓄能器，向上預緊力蓄能器的容量均大于向下預緊力蓄能器、動態(tài)作動缸回油蓄能器、動態(tài)作動缸供油蓄能

器的容量，以允許作動桿動態(tài)移動時以最小的壓力損失實現(xiàn)自由流動。

[0048] 豎向靜力預緊作動器和蓄能器之間由一個伺服閥來調節(jié)靜態(tài)壓力。在離心機加速過程中，控制程序從轉速計中采集離心加速度，并以此計算出相應的控制電壓，通過數(shù)模轉

換模塊發(fā)送給伺服閥，對靜態(tài)缸進行壓力的控制，以控制該缸的輸出力。

[0049] 動桿雙向上下振動的動力是由凸緣上下兩側的環(huán)形臺階面的壓力差產(chǎn)生的。伺服閥通過控制流向作動器的流量來控制豎向動態(tài)作動缸的運動。

[0050] 動態(tài)液壓伺服閥為配流調節(jié)閥。通過動態(tài)液壓伺服閥的控制，統(tǒng)一調整動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室從動態(tài)作動缸回油蓄能器和動態(tài)作動缸供油蓄能器進油和出油，

使得動態(tài)上環(huán)形腔室和動態(tài)下環(huán)形腔室內(nèi)的油壓施加到中凸緣的兩側環(huán)形臺階面上，帶動

作動桿作動；

[0051] 分別通過動態(tài)液壓伺服閥的控制，調整靜力上環(huán)形腔室從向下預緊力蓄能器進出油，以及靜力下圓形腔室從向上預緊力蓄能器進出油，使得靜力上環(huán)形腔室和靜力下圓形

腔室內(nèi)的油壓施加到下凸緣的兩側環(huán)形臺階面上，帶動作動桿作動。

[0052] 具體地，若動態(tài)上環(huán)形腔室的油壓大于動態(tài)下環(huán)形腔室內(nèi)的油壓，經(jīng)中凸緣的兩側環(huán)形臺階面?zhèn)鬟f帶動中凸緣向下移動，反之則帶動中凸緣向上移動。

[0053] 若靜力上環(huán)形腔室的油壓大于靜力下圓形腔室內(nèi)的油壓，經(jīng)下凸緣的兩側環(huán)形臺階面?zhèn)鬟f帶動下凸緣向下移動，反之則帶動下凸緣向上移動。

[0054] 綜合中凸緣和下凸緣臺階上的作用油壓，帶動作動桿整體向上或者向下作用，實現(xiàn)了超重力下的振動作動平衡，提高了穩(wěn)定性，防止失效。

[0055] 本發(fā)明超重力場豎向振動臺的激振方法具體如下：[0056] 分離靜態(tài)預壓和動態(tài)驅動系統(tǒng)，在超重力離心機運轉前，通過下靜力伺服閥23的控制帶動豎向靜力預緊作動器的向上預緊力液壓接口通道向靜力下圓形腔室施加恒定油

壓，產(chǎn)生向上預緊力而向上頂起振動臺面并維持，相對應地，通過上靜力伺服閥30經(jīng)向下預

緊力液壓接口通道27向靜力上環(huán)形腔室施加對應油壓產(chǎn)生向下預緊力，進而對振動臺面施

加向下壓的作用力以保持平衡。

[0057] 在靜力預壓下實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)，當超重力離心機開始運轉后，隨著離心加速度的不斷提升，振動臺面的超重力逐漸增大，向下預緊力逐漸減少，向上預緊力隨作用在可動質量

上的離心力成比例地增加，由于提供向上預緊力的作用桿面積和蓄能器容量均較大，其精

度受到影響，尤其在離心機轉速較低時，可動質量的離心加速度較小，難以精確平衡可動質

量的離心力，采用一種由向下靜力預緊蓄能器11直接向靜力下圓形腔室施加油壓，以提供

向下預緊力，保證離心機在任何轉速下，可動質量的離心力與向上預緊力和向下預緊力達

到平衡，從而使動態(tài)液壓伺服閥都保持在零位附近。

[0058] 當超重力離心機達到目標轉速后，動態(tài)作動缸回油蓄能器12和動態(tài)作動缸供油蓄能器13在動態(tài)液壓伺服閥17的控制下，通過豎向做動力液壓接口通道18向動力環(huán)形腔室施

加動態(tài)油壓，以產(chǎn)生豎向激振，實現(xiàn)地震動模擬。由于豎向動態(tài)伺服作動器的活塞位移最大

一般僅有5mm，而向上預緊力液壓接口通道是由大直徑油管連接大容量的蓄能器，靜力環(huán)形

腔室的油壓波動很小，豎向靜力預緊作動器提供的力基本保持不變。

[0059] 這樣分離靜態(tài)預緊力和動態(tài)驅動系統(tǒng)，豎向動態(tài)伺服作動器無需平衡可動質量的離心力，從而動態(tài)液壓伺服閥的流量較小，保證了伺服閥的頻響特性，能夠實現(xiàn)高頻激振。

[0060] 因此，這樣在超重力情況下工作，本發(fā)明能極大降低超重力方向的振動加載難度，提高和保障了超重力豎向地震動模擬的控制精度。